CN206668431U - 用于发动机废气再循环的蒸发器 - Google Patents

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詹凌云
董军启
王建长
陈伟建
张文锋
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Abstract

本实用新型专利属于发动机废热回收领域，尤其是下一代为实现碳排放目标的发动机所采用ORC系统上集成的废气再循环蒸发器。本实用新型采用双层扁平管结构避免了R245fa等类似冷媒工质泄漏到发动机再循环废气中的问题；此类冷媒与废气混合在发动机缸内高温燃烧后会因热解和燃烧反应等而产生剧毒性物质。本专利采用板翅式热交换器结构形式和不锈钢焊接工艺，开发一种可以完全避免废气和冷媒工质混合并进行热传递的废气蒸发器。在产品运行过程中，若废气或冷媒泄漏，可通过双层扁平管间隙通道及传感器检测，及时停用并更换从而解决产品失效而导致冷媒泄漏到发动机再循环废气中，在气缸内参与燃烧产生氢氟酸等剧毒物质，严重污染大气的风险。

Description

用于发动机废气再循环的蒸发器
技术领域
本专利涉及一种用于发动机废热回收的废气再循环蒸发器，属于废热回收和热交换器领域。
背景技术
道路车辆排放法规愈发严格，对发动机油耗提出了更高的要求和标准。而发动机能量利用效率低，将近60％的热量以各种形式散失，其中以发动机排气废热比重最大。由此，以朗肯循环为代表的废热回收技术成为降低车辆碳排放的重要手段之一。其通过冷媒吸收废气和再循环废气的热量并通过膨胀机输出有效功，间接提升发动机燃油经济性和降低CO2的排放。
发动机废气再循环蒸发器中，冷媒工质降低再循环废气温度的同时(如传统EGR冷却器)，吸收废气热量，实现废热的转化和利用。热交换过程中，如果出现产品失效，导致冷媒泄漏到再循环废气中，并随之进入发动机燃烧室内燃烧；燃烧过程中，冷媒(如R245fa等)会因高温裂解并与空气发生反应，产生氰氟酸等剧毒性物质排入大气，严重破坏和污染大气；避免该问题是设计发动机废气再循环蒸发器的关键点之一。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于发动机废气再循环的蒸发器，通过扁平管双层结构产生的间隙检测废气与冷媒是否泄漏，从而避免一旦发生产品失效问题，冷媒泄漏到再循环废气中。
本实用新型的目的是这样实现的：一种用于发动机废气再循环的蒸发器， 包括壳体，壳体内设芯子，芯子包括间隔排列的扁平管，芯子两端固定有主板，扁平管内部形成废气通道，扁平管之间形成冷媒通道，废气通道和冷媒通道相互隔离；壳体上设有连通冷媒通道的冷媒入口接头和冷媒出口接头，壳体两端设有连通废气通道的废气进气室接口和废气出气室接口，所述扁平管为双层结构，包括内层管和外层管，内层管和外层管之间具有间隙并形成检测通道，所述主板上设有连通检测通道的检测接头。
优选的，所述扁平管内置有紊流片。
优选的，所述扁平管之间设有翅片。
优选的，所述废气通道的进气口处增设有隔热板，隔热板位于主板内侧。
优选的，所述扁平管的进气口固定有衬管，衬管尾部与扁平管内壁或者紊流片固定，前端与扁平管留有间隙。
优选的，所述主板包括主板一、主板二和副主板，副主板位于最内侧并用于隔离相邻扁平管，主板一向外延伸用于连接进气室；主板二位于主板一和副主板之间，主板二与外层管固定，主板一与内层管固定，主板一与主板二之间形成主板间隙，主板间隙与内层管和外层管之间的间隙连通，所述检测接头与主板间隙连通。
优选的，所述冷媒通道中部设有隔板或法兰盘，并将冷媒通道分隔成具有独立空间的预热区和蒸发过热区，蒸发过热区位于废气入口侧，预热区位于废气出口侧，蒸发过热区中冷媒与废气的流向呈顺流布置，预热区与废气的流向呈逆流布置。
优选的，所述蒸发过热区在冷媒入口附近设有折流板，折流板垂直冷媒流动方向，并且相互之间间隔错位分布。
优选的，所述废气进气室接口包括进气法兰、波纹管、隔热管、进气室，波纹管套设在隔热管上，进气法兰设置在隔热管一端，进气室设置在隔热管另一端，波纹管与进气法兰焊接，另一端自由膨胀。
本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、本实用新型结构形式上采用板翅式热交换器结构，通过主板和扁平管将废气和冷媒工质隔离开来。循环废气作为热源在扁平管内部流动，冷媒在扁平管外部流动吸收能量。扁平管采用双层管技术主要是在为避免产品在极端情况下失效或寿命期内失效而导致冷媒进入发动机循环废气中；利用检测通道判断是否产生泄漏，一旦泄漏停用并及时更换产品。
2、为提高废气侧和冷媒侧传热，本专利采用板翅式结构形式，分别在扁平管之间置入翅片，以提高两侧表面传热系数和增强传热面积。
3、为保护本专利描述蒸发器废气进口端处，主板与扁平管钎焊点因高温而产生热变形或大热应力而导致产品失效，本专利主要从三方面降低主板一和内扁平管之间的连接处的温度和热应力：主板一与主板二间置入高密翅片等加强换热的金属结构、扁平管内置衬管、增加隔热板等。
4、在冷媒工质侧，用中间隔板或法兰将区域分成预热区和蒸发过热区。冷媒与废气蒸发过热区域呈顺流布置，预热区呈逆流布置。在中间隔板两侧分别留有冷媒流动腔室所需要的空间，提高冷媒分布流动均匀性。
5、为进一步减少循环废气侧因高温受热变形，在废气侧进口处连接的波纹管，一端与进口法兰焊接，另一端自由膨胀，避免波纹管与高温废气直接接触而产生疲劳破坏。
附图说明
图1是本实用新型扁平管的双层结构图；
图2是本实用新型芯子的结构图及局部详解图；
图3是本实用新型法兰连接芯子的结构示意图；
图4是本实用新型蒸发器废气及冷媒的流向图；
图5是本实用新型蒸发器的结构分解图；
图6是本实用新型废气进气室接口的结构示意图。
附图标记：1、扁平管；1a、外层管；1b、内层管；2、检测通道；3、主板一；4、主板二、5、副主板；6、翅片；7、隔热板；8、衬管；9、紊流片；10、折流板；11、隔板；12、检测接头；13、法兰盘；14、垫片；15、进气法兰；16、波纹管；17、进气室；18、壳体；19、冷媒出口接头；20、冷媒入口接头；21、废气进气室接口；22、废气出气室接口；23、翅片；24、出气室；25、出气法兰；26、隔热管。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本实用新型作进一步描述，参见图1-6：
一种用于发动机废气再循环的蒸发器，结合图4和图5，包括壳体18，壳体18内设芯子，芯子包括间隔排列的扁平管1，芯子两端固定有主板，扁平管1内部形成废气通道，扁平管1之间形成冷媒通道，废气通道和冷媒通道由主板和扁平管1相互隔离；壳体18上设有连通冷媒通道的冷媒入口接头20和冷媒出口接头19，壳体18两端设有连通废气通道的废气进气室接口21和废气出气室接口22；如图1所示，所述扁平管1为双层结构，包括内层管1b和外层管1a，内层管1b和外层管1a之间具有间隙并形成检测通道2，图中外层管1a和内层管1b的圆角处保证一定间隙避免钎焊，保证检测通道2呈流通状态；结合 图3，所述主板上设有连通检测通道2的检测接头12。
具体看图2和图3，所述主板包括主板一3、主板二4和副主板5，副主板5位于最内侧并用于隔离相邻扁平管1，主板一3向外延伸用于连接进气室17；主板二4位于主板一3和副主板5之间，主板二4与外层管1a固定，主板一3与内层管1b固定，主板一3与主板二4之间形成主板间隙，主板间隙内设置翅片6，主板间隙与内层管1b和外层管1a之间的间隙连通，所述检测接头12设置在主板二4上，并与主板间隙连通。
其中，冷媒通道中部设有隔板11(图2)或法兰盘13(图3)，并将冷媒通道分隔成具有独立空间的预热区和蒸发过热区(如图4所示)，蒸发过热区位于废气入口侧，预热区位于废气出口侧，蒸发过热区中冷媒与废气的流向呈顺流布置，预热区与废气的流向呈逆流布置。采用法兰盘13结构则芯子分为两个，通过法兰盘13、垫片14及螺栓组件连接，其余结构与隔板11结构类似。
具体看图2，所述扁平管1内置有紊流片9；所述扁平管1之间设有翅片23。扁平管1的进气口固定有衬管8，衬管8尾部与扁平管1内壁或者紊流片9固定，前端与扁平管1留有间隙。所述废气通道的进气口处增设有隔热板7，隔热板7位于主板内侧。
如图5所示，所述蒸发过热区在冷媒入口附近设有折流板10，折流板10垂直冷媒流动方向，并且相互之间间隔错位分布。
如图6所示，所述废气进气室17接口包括进气法兰15、波纹管16、隔热管26、进气室17，波纹管16套设在隔热管26上，进气法兰15设置在隔热管26一端，进气室17设置在隔热管26另一端，波纹管16与进气法兰15焊接，另一端自由膨胀。
上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于发动机废气再循环的蒸发器，包括壳体(18)，壳体(18)内设芯子，芯子包括间隔排列的扁平管(1)，芯子两端固定有主板，扁平管(1)内部形成废气通道，扁平管(1)之间形成冷媒通道，废气通道和冷媒通道相互隔离；壳体(18)上设有连通冷媒通道的冷媒入口接头(20)和冷媒出口接头(19)，壳体(18)两端设有连通废气通道的废气进气室接口(21)和废气出气室接口(22)，其特征在于：所述扁平管(1)为双层结构，包括内层管(1b)和外层管(1a)，内层管(1b)和外层管(1a)之间具有间隙并形成检测通道(2)，所述主板上设有连通检测通道(2)的检测接头(12)。
2.根据权利要求1所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述扁平管(1)内置有紊流片(9)。
3.根据权利要求1所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述扁平管(1)之间设有翅片(23)。
4.根据权利要求1所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述废气通道的进气口处增设有隔热板(7)，隔热板(7)位于主板内侧。
5.根据权利要求2所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述扁平管(1)的进气口固定有衬管(8)，衬管(8)尾部与扁平管(1)内壁或者紊流片(9)固定，前端与扁平管(1)留有间隙。
6.根据权利要求1所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述主板包括主板一(3)、主板二(4)和副主板(5)，副主板(5)位于最内侧并用于隔离相邻扁平管(1)，主板一(3)向外延伸用于连接进气室(17)；主板二(4)位于主板一(3)和副主板(5)之间，主板二(4)与外层管(1a)固定，主板一(3)与内层管(1b)固定，主板一(3)与主板二(4)之间形成主板间隙，主板间隙与内层管(1b)和外层管(1a)之间的间隙连通，所述检测接头(12)与主板间隙连通。
7.根据权利要求6所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述主板间隙内置入翅片(6)。
8.根据权利要求1所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述冷媒通道中部设有隔板(11)或法兰盘(13)，并将冷媒通道分隔成具有独立空间的预热区和蒸发过热区，蒸发过热区位于废气入口侧，预热区位于废气出口侧，蒸发过热区中冷媒与废气的流向呈顺流布置，预热区与废气的流向呈逆流布置。
9.根据权利要求8所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述蒸发过热区在冷媒入口附近设有折流板(10)，折流板(10)垂直冷媒流动方向，并且相互之间间隔错位分布。
10.根据权利要求1所述的用于发动机废气再循环的蒸发器，其特征在于：所述废气进气室接口(21)包括进气法兰(15)、波纹管(16)、隔热管(26)、进气室(17)，波纹管(16)套设在隔热管(26)上，进气法兰(15)设置在隔热管(26)一端，进气室(17)设置在隔热管(26)另一端，波纹管(16)与进气法兰(15)焊接，另一端自由膨胀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106939853A (zh) * 2017-05-09 2017-07-11 浙江银轮机械股份有限公司 用于发动机废气再循环的蒸发器
JP2019120162A (ja) * 2017-12-28 2019-07-22 株式会社クボタ Ｅｇｒ付エンジン
CN111794829A (zh) * 2019-04-08 2020-10-20 现代自动车株式会社 用于车辆的热交换器的管销组件

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